Tkc q3 chuong 14 he thong xu ly nuoc khu khoang (rev3)

Cấu hình Để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của hệ thống xử lý nước thô và toàn bộ nhà máy điện, hệ thống khử khoáng cần được thiết kế có đủ công suất và cấu hình hợp lý đủ ch

Trang 1

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC KHỬ KHOÁNG

14

Trang 2

1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1

1.1 Tổng quan về công nghệ 1

1.2 Mô tả hệ thống 1

2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ 2

2.1 Công suất thiết kế hệ thống 2

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng 2

3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 2

3.1 Phân tích thông số đầu vào 3

3.2 Phân tích công nghệ 6

3.3 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống xử lý nước khử khoáng .8

3.4 Tính toán 9

4 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

Trang 3

Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2

Quyển 3, Chương 14 – Hệ thống xử lý nước khử khoáng Trang 1 / 20

 Các bơm chuyển tiếp từ thiết bị khử khí

 Thiết bị trao đổi ion hỗn hợp

 Các bơm tái sinh

 Các bồn chứa nước khử khoáng

 Hệ thống châm hóa chất

 Các điểm đấu nối đến hệ thống phân phối nước khử khoáng

 Các bơm, máy thổi khí, đường ống và van, v.v

1.2.2 Cấu hình

Để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của hệ thống xử lý nước thô và toàn

bộ nhà máy điện, hệ thống khử khoáng cần được thiết kế có đủ công suất và cấu hình hợp lý (đủ cho dự phòng)

Trang 4

Quyển 3, Chương 14 – Hệ thống xử lý nước khử khoáng Trang 2 /20

Ấn bản 3, tháng 10/2017

Theo đó hệ thống xử lý nước khử khoáng được thiết kế với cấu hình 3×50%,các thiết bị khử khí 1×100% và trao đổi ion hỗn hợp 2×100%

2.1 Công suất thiết kế hệ thống

 Hệ thống xử lý nước khử khoáng được thiết kế phù hợp với công suất và công nghệ của nhà máy

 Công suất chứa của hệ thống xử lý nước khử khoáng được thiết kế đảm bảo nhu cầu dầu cho nhà máy khởi động và đốt bổ sung trong thời gian 48h

 Nhu cầu nước khử khoáng được tính toán dựa trên chế độ vận hành của nhà máy

(BMCR) và đặc tính của lò hơi

2.2 Tiêu chuẩn áp dụng

2.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam

 QCVN 02: 2009/BYT – Tiêu chuẩn chất lượng nước sinh họat

 TCVN 5499 1995 Chất lượng nước Phương pháp Uyncle (Winkler)xác định oxy hòa tan

 TCVN 2981-79: Ống và phụ tùng bằng thép Ống thép hàn Kích thước cơ bản

 TCVN 5634 1997 Bơm cấp nước ly tâm - Yêu cầu kỹ thuật

 TCVN 7704: 2007 Nồi hơi - yêu cầu kỹ thuật về thiết kế, kết cấu chế tạo, lắp đặt,

sử dụng và sửa chữa

 Các tiêu chuẩn khác

2.2.2 Tiêu chuẩn quốc tế

 API-610: Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services

 BS 1387: Specification for screwed and socketed steel tubes and tubulars and for plain end steel tubes suitable for welding or for screwing to BS 21 pipe threads

 API-650: Welded Steel Tanks for Oil Storage

 JIS-B-8223: Quality of Boiler feed water

 DLT-5000-2000: Technical Code for Designing Fossil Fuel Thermal Power plant

 Các tiêu chuẩn khác

Rev.3

Trang 5

3.1 Phân tích thông số đầu vào

3.1.1 Chất lượng nước đầu vào

Nguồn nước đầu vào cung cấp cho hệ thống xử lý nước khử khoáng phải đáp ứng được các yêu cầu của tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt QCVN 02: 2009/BYT:

Tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt QCVN 02: 2009/BYT

TT Tên chỉ

tiêu

Đơn vị tính

Giới hạn tối đa cho phép

2160 B

A

(ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B

A

4 Clo dư mg/l Trong

khoảng 0,3-0,5

Trong khoảng 6,0 - 8,5

TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H+

Trang 6

TT Tên chỉ

tiêu

Đơn vị tính

Giới hạn tối đa cho phép

A

3.1.2 Yêu cầu chất lượng nước khử khoáng đầu ra

Trong quá trình thiết kế, chất lượng nước lò hơi được thiết kế tuân theo tiêu chuẩn JIS-B-8223 hoặc tiêu chuẩn khác tương đương hoặc tiêu chuẩn của nhà sản xuất lò hơi

Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp lò hơi (dưới tới hạn)

Số Thông số Đơn vị Tiêu chuẩn Ghi chú

Trang 7

Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp lò hơi (trên tới hạn)

Trang 8

3.2 Phân tích công nghệ

3.2.1 Công nghệ xử lý nước khử khoáng bằng phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế ) giữa các ion trong pha lỏng

và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chổ các ion có trên khung mạng của nhựa trao đổi Quá trình này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và các loại ion khác nhau

Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục; và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên (tĩnh), vận hành và tái sinh gián đoạn Trong đó trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến

Có 4 công đoạn trong quá trình vận hành trao đổi ion: trao đổi, rửa ngược để xới lớp nhựa, hoàn nguyên lớp nhựa, rửa sạch dung dịch

 Trao đổi ion: nước nguồn theo dàn ống phân phối đi từ trên xuống với tốc

độ tính toán, khi nước lọc ra có độ cứng tăng trên mức cho phép đã định thì ngừng lọc để hoàn nguyên

 Rửa ngược: Sau khi chất trao đổi ion trong bình trao đổi mất hiệu lực, trước khi tái sinh thường dùng nước từ dưới hướng lên trên rửa ngược mãnh liệt trong thời gian ngắn để rửa cặn bẩn, có thể dùng nước bể lọc sau khi hoàn nguyên để xới, bởi vì trong nước rửa có chất hoàn nguyên cho nên đồng thời với việc xới, bể lọc đã được hoàn nguyên một phần

 Tái sinh: đây là một bước rất quan trọng trong thao tác vận hành bình trao đổi ion, dung dịch hoàn nguyên có thể đi từ trên xuống hay đi từ dưới lên

Do tính chất yêu cầu chất lượng của nhà máy điện thông thường sử dụng

bể lọc H-cationnit và bể lọc anion nên trong phạm đề tài chỉ trình bày đến hai loại bể nói trên

 Hoàn nguyên bể lọc H-cationit bằng dung dịch HCl hoặc H2SO4 Tuy nhiên, thường hay dùng axít H2SO4 (vì HCl đắt hơn, tuy nhiên HCl sẽ hoàn nguyên triệt để hơn, chất lượng nước đầu ra cao hơn) Khi dùng axít

H2SO4 thì nồng độ H2SO4 trong dung dịch hoàn nguyên không được vượt quá 1.5% Nếu nồng độ H2SO4 trong dung dịch hoàn nguyên lớn sẽ lắng đọng thạch cao trên bề mặt các hạt cationit Tuy nhiên, khi dùng dung dịch

H2SO4 nồng độ thấp (0.5÷2%) tái sinh, phương pháp tương đối giản đơn, nhưng cần dùng lượng lớn H2SO4 loãng, thời gian tái sinh kéo dài, lượng nước tự dùng cho thiết bị lớn, hiệu quả tái sinh tương đối kém Do đó, có thể áp dụng hoàn nguyên theo hai bậc Đầu tiên hoàn nguyên bể lọc H-cationit bằng dung dịch H2SO4 1% để đuổi phần lớn ion Ca2+ và Mg2+trong vòng 10 phút với lưu tốc 6 m/giờ, sau đó hoàn nguyên bằng dung dịch H2SO4 5÷10%

Trang 9

 Hoàn nguyên bể lọc anion tính kiềm mạnh, nồng độ dung dịch NaOH thường từ 2-4% Tái sinh một số loại nhựa anionit tính kiềm mạnh dùng phương pháp tái sinh hai bước: trước tiên dùng 50-60% của tổng NaOH pha thành nồng độ 2-3% giữ với lưu tốc 5-6m/giờ thông qua chất trao đổi, sau đó đem NaOH còn lại pha thành nồng độ 0.2-0.3% giữ lưu tốc 12m/giờ

Phuơng thức hoàn nguyên có hai loại: hoàn nguyên thuận dòng và hoàn nguyên ngược dòng Phương thức tái sinh thuận dòng: có ưu điểm là lắp đặt đơn giản, thao tác thuận tiện, nhưng hiệu quả kém Còn phương thức tái sinh ngược dòng: là hai hướng chảy của dung dịch tái sinh và nước khi vận hành ngược nhau Vì vậy, trong quá trình dung dịch tái sinh đi vào, toàn bộ chất trao đổi ở phần đáy bình trao đổi, tiếp xúc với dung dịch tái sinh mới, nên có thể đạt trình độ tái sinh tương đối cao, rất có lợi cho việc phản ứng trao đổi Rửa nước sau khi hoàn nguyên hay còn gọi là thời gian xả lọc đầu

Cho nước nguồn vào bể lọc với tốc độ chậm 5-8 m/h để rửa dung dịch hoàn nguyên còn đọng lại trong lớp vật liệu, xả nước lọc đầu đến khi nồng độ ion clo trong nước rửa bằng nồng độ ion clo trong nước nguồn thì ngừng lại và cho bể lọc vận hành bình thường Nên có bể giữ lại ½ nước rửa để tới bể lọc

3.2.2 Công nghệ xử lý nước khử khoáng bằng phương pháp RO

Thẩm thấu ngược, tiếng anh là Reverse Osmosis (RO), được phát triển từ những năm 1960 bắt nguồn từ ngành hàng không vũ trụ Hoa Kỳ và dần dần được áp dụng rộng rãi trong dân dụng, nghiên cứu, dược phẩm, thực phẩm, đồ uống, xử lý nước biển Thẩm thấu ngược là một quá trình phân ly dưới áp suất, dung dịch sẽ xuyên qua một lớp màng, các chất tan sẽ bị giữ lại ở lớp màng đó tạo điều kiện cho dung môi nguyên chất hơn đi qua Nói một cách cụ thể hơn, đó là sự di chuyển dung dịch từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn bằng việc lợi dụng sức nén trong sự chênh lệch của áp suất thẩm thấu Đây là sự nghịch đảo của quá trình thẩm thấu bình thường - sự chuyển dịch của dung môi từ nơi có nồng độ thấp xuyên qua một lớp màng đến nơi có nồng độ cao khi không có sức ép bên ngoài

Với những ưu điểm như chất lượng nước đầu ra tốt, hệ thống vận hành ổn định, công tác thiết kế, lắp đặt và bảo trì đơn giản, chi phí vận hành thấp thì hệ thống xử lý nước khử khoáng cho lò hơi bằng công nghệ RO đang dần thay thế cho các công nghệ cũ trước đây

Cấu tạo của thiết bị lọc RO bao gồm các phần chính: phần xử lý thô, phần chính (màng lọc), phần xử lý sau, phần sục rửa hệ thống

 Phần xử lý thô thường là thiết bị lọc bằng than hoạt tính, cát thạch anh, thiết bị lọc tinh, thiết bị lọc MF (Microfiltration), thiết bị lọc UF (Ultrafiltration)… Mục đích chính là loại bỏ bùn cát, rỉ sắt, chất keo dính, mùi vị lạ, chất hữu cơ…giảm lượng clo thừa và sự ô nhiễm thuốc thực vật Nếu hàm lượng Ca, Mg tương đối nhiều còn cần thêm thiết bị làm mềm

Trang 10

 Phần xử lý sau: là phần thiết bị xử lý một lần nữa nước sạch mà thiết bị phần chính màng RO đã xử lý

Phần sục rửa hệ thống: có tác dụng rửa ngược để loại bỏ cáu cặn bám trên các màng lọc trong quá trình vận hành

3.3 Lựa chọn công nghệ cho hệ thống xử lý nước khử khoáng

Hệ thống xử lý nước khử khoáng theo công nghệ trao đổi ion đã phát triển và đạt được những thành tựu nhất định trong công nghệ xử lý nước Tuy nhiên, khi ứng dụng công nghệ này vào xử lý dây chuyền xử lý nước lò hơi còn có những hạn chế nhất định như: hệ thống không kiểm soát và đạt chất lượng nước đầu ra theo yêu cầu khi hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước tại nguồn nước đầu vào tăng đột ngột, tương tự đối với những chỉ số khác như SDI, độ đục…

Công nghệ xử lý nước cấp lò hơi sẽ phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể của các dự án khác nhau, tùy vào tính hiệu quả kinh tế, tùy thuộc vào chất lượng nguồn nước thô đầu vào mà ta sẽ ứng dụng các công nghệ xử lý phù hợp Trong điều kiện thực tế tại Việt Nam hiện nay, công nghệ xử lý RO đã được

áp dụng rộng rãi đối với các dây chuyền xử lý nước khử khoáng trong các nhà máy điện

Các động lực để quyết định thay thế công nghệ xử lý nước truyền thống bằng công nghệ RO là:

 Chi phí hóa chất cho các loại hóa chất, hạt nhựa tái sinh của hệ thống trao đổi ion cao, thời gian tái sinh lớn, việc tái sinh có thể thực hiện 1 lần/ngày hoặc nhiều lần trong ngày tùy thuộc vào tuổi thọ của hệ thống

 Lượng hóa chất sử dụng trong hệ thống trao đổi ion rất lớn so với hệ thống RO

 Thiết kế lắp đặt, vận hành, bảo trì và thay thế thiết bị trong hệ thống xử lý nước RO đơn giản hơn rất nhiều so với hệ thống trao đổi ion

 Chất lượng nước đầu ra ổn định và đạt chất lượng cao

Nước khử khoáng đòi hỏi hầu hết các chất rắn hòa tan (TDS) phải được loại bỏ để thu được nước có chất lượng cao Hai lựa chọn chính cho xử lý nước để thu được nước khử khoáng thích hợp cho cung cấp nước lò hơi là thẩm thấu ngược (RO) và nhựa trao đổi ion (IX) So với công nghệ IX, RO có một số điểm mạnh như sau:

 Độ tinh khiết RO là liên tục trong khi IX thì giảm do nhựa cần tái sinh

 Hóa chất dùng cho IX đắt tiền và do đó chi phí hoạt động cao hơn so với RO với mỗi lít nước tinh khiết

Trang 11

 IX sử dụng thêm hai hóa chất độc hại, axit clohydric (HCl) và xút (NaOH) để phục hồi nhựa; các hóa chất này cần có nơi lưu trữ và xử lý với các yêu cầu đặc biệt

 Hóa chất làm sạch RO không độc hại, vì thế không yêu cầu đặc biệt về xử lý, lưu trữ hoặc chôn lấp

 Hệ thống RO nói chung ít tốn kém để vận hành và yêu cầu lao động ít hơn để bảo trì so với hệ thống IX

Do những lợi thế nêu trên, công nghệ RO đã được đề xuất để áp dụng Với mục đích khử khoáng, hệ RO được nối tiếp bởi các thiết bị khử khí và thiết bị trao đổi ion hỗn hợp

CO2 tự do trong nước thô được tạo ra do việc bổ sung axit sẽ đi qua màng RO

và đóng góp vào độ dẫn điện của nước sản phẩm Biện pháp phổ biến nhất để loại bỏ CO2 tự do trong nước là dùng thiết bị khử khí Quá trình này cũng giúp làm giảm lượng chất ăn mòn, cần thiết để tái tạo nhựa trao đổi ion được sử dụng để xử lý các ion hòa tan trong nước khử khoáng để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về nước cấp lò hơi của nhà máy điện công nghệ siêu tới hạn

3.4 Tính toán

Khi thiết kế hệ thống xử lý nước khử khoáng bằng công nghệ RO thì các thiết

bị chính của hệ thống đã được nhà cung cấp tính toán thiết kế và chế tạo theo từng modul Tuy nhiên, trong quá thiết kế ban đầu, các thông số chính cần phải lưu ý để tính toán và cân bằng nhu cầu nước

3.4.1 Lưu lượng nước qua màn lọc RO:

T

S P

 ∆P: Áp suất nước đi qua màn lọc

 ∆Π: Độ chênh lệch áp suất thẩm thấu

 S: Diện tích màn lọc

 T: bề dày màn lọc

Hệ số thu hồi nước

Trong hệ thống lọc RO thì tỉ lệ thu hồi nước là một trong những thông số quan trọng nhất cần phải xem xét khi thiết kế

CF=1/(1-F)

F: phần trăm lượng nước thu hồi khi đi qua bộ lọc RO

Trang 12

Các loại cấu hình tham khảo hệ thống RO:

3.4.2 Hệ thống trao đổi ion hỗn hợp (Mixed-Bed)

Khi tính thiết kế hệ thống trao đổi ion hỗn hợp, cấu hình thiết kế thông thường

là 2x100% hoặc 3x50% Qua kinh nghiệm thực tế, cấu hình hệ thống Mixed bed thường đi kèm với cấu hình của thiết bị chính cho hệ thống RO hoặc trao đổi ion Do đó, cấu hình 2x100% được kiến nghị xem xét thiết kế

Trang 13

Ngoài ra, khi tính toán hệ thống Mixed-Bed, hệ thống tổn thất nước khử khoáng qua bộ này là từ 1-2%

Lưu lượng nước cần thiết qua bộ trao đổi ion hỗn hợp là: QMB =QDM/(1-2%)

Kích thước của bộ trao đổi ion hỗn hợp:

MB

v

Q D





4

Với QMB: lưu lượng nước qua bộ trao đổi ion hỗn hợp

VMB : là vận tốc nước qua bộ trao đổi ino hỗn hợp (40-60m3/h)

Thể tích của bộ trao đổi ion hỗn hợp:

Cation:

1000

sin

cationre MB

CR

xH S

AR

xH S

V 

Với VCR là thể tích của phần cation trong bộ trao đổi ion hỗn hợp

VAR là thể tích phần anion trong bộ trao đổi ion hỗn hợp

SMB: là diện tích mặt cắt ngang của bộ MB

3.4.3 Thiết bị khử khí:

Kích thước của bình khử khí:

DC

DC DC

v

Q D





4

Với QDC là lưu lượng nước qua bình khử khí

VDC là vận tốc nước qua bình khử khí (≥60m/h)

3.4.4 Tính toán lưu lượng bơm cho thiết bị RO

Khi tính toán lưu lượng bơm cao áp cho hệ thống xử RO, các bơm sẽ zem xét tính toán bao gồm: 2x100% bơm nước cấp cho bộ RO, 2x100% bơm bộ lọc Cartridge Filters (nếu có thiết kế) và 2x100% bơm cao áp cho bộ RO (RO high pressure pump) Hệ số thu hồi nước của hệ thống RO xử lý nước khử khoáng

là khoang 85%

Lưu lượng bơm: QFP = QCF = QHP = QRO/85%

Với QFP là lưu lượng bơm nước cấp cho bộ RO,

QCF là lưu lượng bơm nước cấp cho bộ lọc Cartridge Filters

QHP là lưu lượng bơm cao áp RO

3.4.5 Nhu cầu acid cho quá trình rửa ngược hệ thống MB:

 Acid HCl nồng độ 100%

GHCl = gHCl x VCR

Với GHCl là lượng acid HCl nồng độ 100% cho 1 lần rửa (kg)

Tiêu đề	Hệ Thống Xử Lý Nước Khử Khoáng
Tác giả	Cao Minh Thiện
Người hướng dẫn	Nguyễn Quỳnh Như
Trường học	Tổng Công Ty Phát Điện 3
Chuyên ngành	Công Nghệ Xử Lý Nước
Thể loại	Báo Cáo
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Việt Nam

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	0,9 MB